调配型酸性乳饮料是以鲜乳为原料，经柠檬酸、 乳酸调酸，辅以白砂糖、甜味剂、稳定剂、香精等， 经乳化、均质制成，产品细腻滑爽、酸甜可口。调 配型酸性乳饮料产品的pH值一般在5.0左右，在添加柠 檬酸、乳酸等酸性基料时常会出现局部酸度骤然偏低的 现象。而乳蛋白中80%是酪蛋白，调配型酸性乳饮料稳定剂的复配研究，酪蛋白的等电点为 pH4.6,因此酪蛋白在调配型酸性乳饮料加工过程中处 于高度不稳定状态，容易发生分层和沉淀现象[1]。除通 过控制原料奶、水质、工艺流程等因素以提高调配型 酸性乳饮料稳定性外，工业上常用添加稳定剂的方法提 高调配型酸性乳饮料的稳定性。常用于调配型酸性乳饮 料的稳定剂单体有许多种，如羧甲基纤维素钠(CMC- Na) 、 黄原胶、卡拉胶、果胶、刺槐豆胶、 海藻酸 丙二醇酯(PGA)、瓜尔豆胶等，但在实际生产中，往 往使用复合稳定剂来增加产品的稳定性，以便充分利用 各种单体稳定剂之间的协同交互作用以减少稳定剂的用 量、降低生产成本，同时也可以避免某种稳定剂添加 量过大而影响产品的风味及口感[2]。本实验主要研究 CMC-Na、刺槐豆胶、瓜尔豆胶三种稳定剂单独添加时 对调配型酸性乳饮料稳定性的影响，并在单因素试 验基础上通过Box-Behnken设计对这三种稳定剂进行 适当复配以确定最佳控制调配型酸性乳饮料稳定性的 复配方案。

1材料与方法

1.1材料与试剂

鲜奶武汉光明乳业收奶部。

刺槐豆胶、单苷酯、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素钠 (CMC-Na)、柠檬酸、乳酸、香精均为食品级；蔗糖

市售。

1.2仪器与设备

CA-14803型无菌工作台上海上净净化设备有限公 司；pH5-3C型酸度计上海精密科学仪器有限公司； 均质机德国An Invensys公司；FM 300型乳化机、 FW3D型高速搅拌机上海Fluoko公司；1013型恒温水 浴箱德国GFL公司；SA300VF型灭菌锅台湾Sturdy Industrial公司；分析天平北京赛多利斯天平有限公

司；西门子冰箱；TDL~40B型冷冻离心机上海一恒

科技有限公司。

1.3方法

1.3.1调配型酸性乳饮料生产工艺

原料乳+稳定剂、乳化剂+蔗糖—加热(50°〇 —低 速搅拌分散(5mh)—乳化(5mh)—高速搅拌(10mh,65°C 水浴）—冷却—加柠檬酸、乳酸—均质（6 0〜7 0 °C, 20MPa)—杀菌(95°C,10m’n)—冷却(20。〇 —冷藏(4。〇。

1.3.2CMC~Na稳定剂单因素试验

分别添加 0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25% 和 0.3% CMC~Na生产调配型酸性乳饮料，冷藏1w后进行 离心稳定性试验，重复三次取平均值。

1.3.3刺槐豆胶稳定剂单因素试验

分别添加 0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25% 和 0.3%刺槐豆胶生产调配型酸性乳饮料，冷藏1w后进行 离心稳定性试验，重复三次取平均值。

1.3.4瓜尔豆胶稳定剂单因素试验

分别添加 0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25% 和 0.3%瓜尔豆胶生产调配型酸性乳饮料，冷藏1w后进行 离心稳定性试验，重复三次取平均值。

1.3.5稳定剂的复配试验

稳定剂的复配试验采用Box~Behnken设计，检测的 指标为冷藏1w后调配型酸性乳饮料产品的离心率，重 复三次取平均值。

1.3.6稳定性测定方法

在10m丨离心管中精确加入调配型酸性乳饮料10m , 然后在离心机上4000r/min离心30min,弃去上部溶液，

准确称取沉淀物重量，计算离心率[3]。

沉淀物重量(g)

离心率(％)=X 100

10m乳饮料重量(g)

1.3.7数据统计与分析

采用 SAS9.0 for Windows 软件对 Box~Behnken 设计

试验结果进行回归方差分析[4]。 加量超过0.25%时，调配型酸性乳饮料离心率变化相对 趋于缓和。因此，选择添加量0.25%作为CMC~Na稳 定剂添加量的临界控制点。

2.2刺槐豆胶稳定剂单因素试验结果

由图2可以看出，在试验所选择的范围内，刺槐 豆胶的添加量在0.05%〜0.2%范围内时，调配型酸性乳 饮料离心率随刺槐豆胶添加量增大而明显降低；刺槐豆 胶的添加量在0.2%〜0.3%时，调配型酸性乳饮料稳定剂的复配研究，调配型酸性乳饮料离心 率变化趋于缓和。因此，选择添加量0.2%作为刺槐豆 胶稳定剂添加量的临界控制点。

2.3瓜尔豆胶稳定剂单因素试验结果

3.1r 2.9 _ 2.7 2.5

S  - 

m 2-1_

图3瓜尔豆胶稳定剂单因素试验

Fig.3 Single factor stabilizer test of guar gum

由图3可以看出，在试验所选择的范围内，调配 型酸性乳饮料离心率随瓜尔豆胶添加量的增大而降低。 其中添加量在0.05%〜0.25%时，离心率变化急剧；当 添加量大于0.25%时，离心率变化相对缓和。因此， 选择添加量0.25%作为瓜尔豆胶稳定剂的临界控制点。

2.4稳定剂复配试验结果

根据单因素试验结果，CMC-Na、刺槐豆胶、瓜 尔豆胶控制调配型酸性乳饮料稳定性的临界添加量分别 为0.25%、0.2%、0.25%。考虑到复配时因素之间存在 协同交互作用，因而本试验假定它们三者之间存在提高 调配型酸性乳饮料稳定性的交互作用，分别选择三种稳 定剂临界添加量的10%、20%、30%作为Box4ehnken 设计方案的-1、0、1水平，最后由试验结果来验证 假设的正确性。Box4ehnken设计因素水平编码见表1, 试验方案及结果见表2。

表1 Box-Behnken设计因素水平编码 Table 1 Codes of factors and levels of Box-Behnken design

编码X1 CMC-Na (%)X2刺槐豆胶(％)X3瓜尔豆胶(％)

-10.0250.020.025

00.050.040.05

10.0750.060.075

表2 Box-Behnken设计方案及结果 Table 2 Sketch and results of Box-Behnken design

试验号 ■编码因素取值离心率(％)

X1X2X3

1-1-102.73

2-10-12.69

3-1012.65

4-1102.62

50-1-12.57

60-112.58

701-12.64

80112.51

91-102.46

1010-12.58

111012.41

121102.42

130002.44

140002.45

150002.44

应用SAS9.0对表2的试验数据进行完全二次回归分 析[5],其回归方差分析结果见表3、4,所得离心率随 刺槐豆胶、CMC^Na、瓜尔豆胶水平变化的三元二次回 归方程如下[5]:

y=3.561103- 14.561121X.- 17.280997X2-9.491464X3+ 96.912150X.+46.367601X2X1+167.694704X2 - 21 .572586X3XI -2.467290X3X2+93.991277X32(1)

表3回归方程的方差分析结果

Table 3 ANOVA of regression equation

回归自由度平方和决定系数F值p值

一次项30.1113870.7078369.68〈0.0001**

二次项30.0436100.2771144.74〈0.0001**

交互项30.0018610.01186.180.0390*

总模型90.1568580.9968173.53〈0.0001**

残差自由度平方和均方F值p值

失拟项20.0004360.0001454.360.1924

误差项30.0000666670.000033333

总误差50.0005020.000100

注：**.表示a = 0.01水平下差异显者；*.表示a = 0.05水平下差异显者。 下同。

由表3可知，回归方程模型极显著(p〈0.01),回归 方程的决定系数为0.9968,即方程可以解释99.68%的离 心率数据变异，方程的拟合性好。方程失拟项不显著 (p>0.05)表明二次回归模型可以用来预测离心率的变化, 无需引入更高次模型，也无需引入新的变量，因此可 以用该回归方程对试验结果进行分析预测；_次项极其 显著(p〈0.0001),表明所选择的刺槐豆胶、CMCIa、 瓜尔豆胶三因素对调配型酸性乳饮料稳定性影响非常 大，交互项显著(p〈0.05)表明在所选择的试验范围内三 因素之间存在较强的交互作用。

表4回归系数方差分析结果

Table 4 Analysis of regression coefficient

变量自由度参数估计标准误t值p值

常数项13.5611030.05038870.67〈0.0001**

X11-14.5611211.003694- 14.51〈0.0001**

X21- 17.2809971.305326- 13.24〈0.0001**

X31-9.4914641.044260- 9.090.0003**

X21196.9121508.40160111.53〈0.0001**

X2X1146.36760111.3675674.080.0095**

X221167.69470414.37875711.66〈0.0001**

X3X11-21.5725869.094053- 2.370.0638

X3X21- 2.4672909.803995- 0.250.8113

X3193.9912779.20240410.210.0002**

由表4可见，在试验所选择的范围内，_次项中 CMC^NaiXO、刺槐豆胶(X2)两因素对调配型酸性乳饮料 离心率的影响差异极其显著(p〈0.0001),瓜尔豆胶(X3)对 调配型酸性乳饮料离心率的影响差异极显著(p<0.01), CMC^Na、刺槐豆胶对调配型酸性乳饮料离心率降低影 响最大，瓜尔豆胶次之；二次项中CMC^NaiXd与刺槐 豆胶(X2)对稳定性的影响差异极其显著(p〈0.0001),瓜尔 豆胶(X3)对稳定性的影响差异极显著(p〈0.01),表明在试 验所选择的范围内，CMC-Na、刺槐豆胶、瓜尔豆胶 三者自身的交互作用对调配型酸性乳饮料离心率的降低 影响较大；交互项中CMC^NaiXd与刺槐豆胶(X2)的交互 作用对稳定性的影响差异极显著(p〈0.01),表明两者存在 极强的交互作用；交互项瓜尔豆胶(X3)与CMC~Na (X，） 的交互作用对稳定性的影响差异不显著(p>0.05),但因 其P〇.0638<0.25且较接近于0.05,因此，它们之间仍然存 在相当程度的交互影响；刺槐豆胶(X2)与瓜尔豆胶(X3) 的交互作用对稳定性的影响差异不显著(p>0.05)，且其 p0.8113>0.25，因此，调配型酸性乳饮料稳定剂的复配研究，它们之间不存在交互影响。回归方 程(1)的各项只有瓜尔豆胶(X3)与刺槐豆胶(X2)的交互作用 以及CMC^NaiXO与瓜尔豆胶(X3)的交互作用两项对稳定 性的影响差异不显著(p>0.05),其他各项对稳定性的影响 差异都是显著的(p<0.05),考虑到瓜尔豆胶(X3)与CMC- Na(Xi)的交互项对稳定性的影响差异虽不显著(p>0.05), 但其P0.0539< 0.25,仍应予以保留[4],因此对所得到的三 元二次回归方程(1)的模型只需要剔除瓜尔豆胶(X3)与刺槐 豆胶(X2)交互项。采用SAS程序的GLM语句进行逐级回 归，最后得到修改后的回归方程(2)，方程(2)的回归系数 方差分析见表5,回归方程(2)如下：

y = 3.5665000- 14.575000Xi- 17.4067708X 2 - 9.5920833X 3+ 96.6500000X 2+46.7916667X iX 2+167.5260417X 2 -21.2333333X 3X !+93.8833333X 3 2(2)

表5回归方程(2)系数方差分析结果

Table 5 Regression coefficient analysis of equation (2)

变量自由度参数估计标准误t值p值

常数量13.56650000.0418863885.15<0.0001**

X11- 14.57500000.92063535- 15.83<0.0001**

X21- 17.40677081.10774526- 15.71<0.0001**

X31- 9.59208330.88619621- 10.82<0.0001**

X1196.65000007.6584466812.62<0.0001**

X2146.791666710.327269174.530.0040**

X1X21167.526041713.1944630012.70<0.0001**

X3X11-21.23333338.26181533- 2.570.0423

X3193.88333338.4444563211.12<0.0001**

表5可见，回归方程(1)模型修改后得到的回归方程 (2)的模型符合显著性要求，其中一次项中的CMda (X1)、刺槐豆胶(X2)、瓜尔豆胶(X3)对稳定性的影响差 异极显著(p<0.0001),二次项中的CMC^Na(X1)、瓜尔 豆胶(X3)极其显著(p<0.0001),刺槐豆胶(X2)项对稳定性 的影响差异显著(p<0.01);交互项CMC^Na(X1)与刺槐豆 胶(X2)对稳定性的影响极其显著(p<0.0001),瓜尔豆胶 (X3)与CMC^Na(X1)的交互项对稳定性的影响差异显著(p <0.05)。因此，方程(2)各项系数满足对稳定性的影响 差异显著性要求。采用SAS程序的岭脊分析法对回归 方程(2)求解极小值得降低调配型酸性乳饮料离心率的 CMda、刺槐豆胶、瓜尔豆胶三种稳定剂添加量的 最佳方案为：CMC-Na、刺槐豆胶、瓜尔豆胶的添加 量分别为0.073%、0.042%、0.059%,总的添加量为 0.173%,此时调配型酸性乳饮料的离心率最小值为2. 394%。为了验证方案的真实性，在此添加量条件下进 行三次验证实验，得到离心率的平均值为2.408%,与 理论预测值相比相对误差很小，因此，调配型酸性乳饮料稳定剂的复配研究，Box4ehnken设 计优化得到的控制调配型酸性乳饮料离心率的稳定剂复 配添加方案较准确可靠，具有实用价值。

3结论

3.1对CMC4a、刺槐豆胶、瓜尔豆胶三种稳定剂控 制调配型酸性乳饮料稳定性进行单因素试验，确定了单 —添加时它们的临界控制调配型酸性乳饮料离心率的添 加量分别为 0.25%、0.2%、0.25%。

3.2采用Box^Behnken设计对稳定剂控制调配型酸性 乳饮料稳定性进行复配优化。优化的结果显示：CMC- Na、刺槐豆胶、瓜尔豆胶的添加量分别为0.072%、 0.042%、0.059%,总添加量为0.173%时，调配型酸性 乳饮料的离心率得最小值为2.408%%CMC^Na、刺槐豆 胶、瓜尔豆胶在控制调配型酸性乳饮料稳定性方面存在 —定程度的交互性，通过复配可以明显降低单一稳定剂 的添加量，在控制调配型酸性乳饮料稳定性效果相同的 情况下复配的添加量相对于单一添加量减少约20%,因 此，复配有效地降低了生产成本及避免了在控制调配型 酸性乳饮料稳定性过程中产品的口感因稳定剂添加过多 而变差的问题。